scienceline.ru

Понедельник, Апр 24th

Last updateПн, 30 Нояб 2015 11am

Японские ученые создали первый алмазный наноэлектромеханический переключатель

Японские ученые создали первый алмазный наноэлектромеханический переключатель

Японские исследователи научились строить висячие конструкции (мосты и кантилеверы) из монокристалла алмаза для наноэлектромеханических и микроэлектромеханических систем.

Старший научный сотрудник Центра чувствительных материалов японского Национального Института Материаловедения доктор Меййонг Ляо (Meiyong Liao) в сотрудничестве со своими коллегами изобрел и успешно применил технологию изготовления групповым методом висячих конструкций (мостов и кантилеверов) из монокристалла алмаза для наноэлектромеханических и микроэлектромеханических систем (НЭМС и МЭМС соответственно). На основе этой технологии они построили из монокристалла алмаза первый в мире переключатель НЭМС.

Переключатель НЭМС имеет целый ряд преимуществ: низкий показатель потери силы тока, низкое электропотребление и более острое по сравнению с обыкновенными полупроводниковыми устройствами соотношение положений «включено» и «выключено». Большая часть существующий НЭМС- и МЭМС- переключателей строится на основе кремниевых или металлических материалов, недостатками которых являются низкая механическая, химическая и термальная стабильность, ненадежность и недолговечность. Благодаря наивысшим модулю упругости, механической жесткости, теплопроводности, а также переменной электропроводности (от диэлектрика до проводника), алмаз является самым подходящим материалом для НЭМС и МЭМС. Тем не менее, ввиду сложности создания висячих конструкций из монокристалла алмаза, производство устройств НЭМС и МЭМС на его основе явилось самым настоящим вызовом.

Группа исследователей Национального Института Материаловедения разработала процесс создания висячих конструкций посредством формирования путем внедрения ионов с большим зарядом временного графитового слоя в подложке монокристаллического алмаза, наращивания посредством процесса химического осаждения из газовой среды, активированного микроволновой плазмой (CVDMP), алмазного эпитаксиального слоя со свойством электропроводности и удаления графитового временного слоя. В качестве дальнейшего развития технологии эта же группа ученых впервые в мире создала НЭМС-переключатель из трех электродов, составленный по принципу транзистора.

Разработанный алмазный НЭМС-переключатель имеет низкий показатель утечки тока и низкое потребление энергии - менее 10pW (пиковатт). Устройство обладает высокой надежностью, высокой воспроизводимостью и неспособностью к «залипанию». Эксперементально подтверждена способность НЭМС-переключателей стабильно работать при высоких температурах (250°C). Модуль Юнга для подвижного кантилевера составил 1100GPa, что сопоставимо со значением, показанным массивным алмазным монокристаллом. В виду всего вышесказанного можно ожидать, что переключатель окажется способным работать с большой (около гигагерца) частотой.

Предполагается, что алмазные НЭМС-переключатели покажут намного лучшие результаты по ряду показателей, включая отказоустойчивость, срок службы, скорость, выдерживаемую электрическую нагрузку и т.д., чем существующие в настоящий день МЭМС-переключатели. Разработанные устройства могут применяться в качестве микроволновых переключателей для беспроводных средств связи следующего поколения, а также в качестве логических схем, применяемых в неблагоприятных условиях. Результаты этих исследований также обогатили инфраструктуру алмазных НЭМС и МЭМС новыми функциями, открывая путь совершенствования различных химических, физических и механических сенсоров.